Введение к работе
Актуальность работ». Групповые л индивидуальные высокоскоростные электропривода (ЭП), в том числе и.ЭП на базе гистереэис-них электродвигателей (ГД), широко используются в специальной технике, в текстильной, станкоинструментальной, химической, атомной промашлеиности, в медицинском оборудовании, в криогенной технике. Указанное приуекение ГД связано, во—первых, с тем, что при управлении уровнем возбужден»* он не уступает асинхронному электродвигатели и бесколлехториому електродвигателв постоянного тона по энергетическим показателям. Во-вторых, с наличием у ГД естественного пускового момента, что позволяет разгонять до синхронно! частоты вращения любую инерционную нагрузку. В-третьих, с просто-той я надежность» конструкции, технологичность» изготовления и механической прочностью ротора ГД.
Однако магнитные характеристики материма гиcrepesисного слоя (ГС) ротора ГД отличаются существенными нелинейность», гистерезисом я нестабильностью. Параметры текущего магнитного состояния ГС зависят от параметров всех предшествующих магнитных состояний (от всей "магнитной предыстории" ГС). Повтому характеристики каждого установившегося режима работы ГД зависят от характеристик всех предыдущих режимов, начиная с первоначального намагничивания ГС в пуске (от всей предыстории установившихся режимов работы ГД). Это приводит к тому, что в магнитном поле ГД наряду с высяими гармоническими, имеющими место в любой электрической мааине (ЭМ), возникает и проявляются высшие гармоиичесхие, обусловленные отмеченными виде особенностями материала ГС. Высшие гармонические магнитного поля ГД при атом оказывает сильное взаимное влияние, существенно искажая распределение указанного поля. Поэтому при построении распределения магнитного поля в ГД необходимо рассматривать реакция материала ГС на результирующую мДС обмотки статора с учетом всего гармонического состава И взаимного влияния гармонических етого поля*.
Отмеченные особенности ГД обусловили заметное отставание в вопросах математического моделирования и расчета ГД по сравнению с достижениями в втой области для ЭМ других типов. В настоящее время отсутствуют достаточно универсальные и адекватные методики учета проявления вихревых токов в неяихтованном (массивном) роторе ГД, применяемого в высокоскоростном ЭП, и высших гармонических составляющих магнитного поля. Это вынуждает при проектировании ГД
прибегать к дорогостоящему, трудоемкому л длительному физическому моделированию.
Целью работы является создание математической модели, алгоритмов и программной систеш расчета электромагнитных и електро-кеханических процессов в ГД, работающем в управляемом ЭП при несимметричном и несинусоидальноы питании, с учетом вшяшх гармонических составляющих магнитного поля и вихревых токов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
составить алгоритм построения распределения несинусоидально распределенного в пространстве и несинусоидально изменяющегося во времени магнитного поля в роторе 1. учитывавший наряду о нелинейностью, гистерезисом и нестабильностью магнитных свойотв материала И! вихревые токи в роторе ІД;
на основе указанного алгоритма разработать программную систему (ПС) анализа электромеханических характеристик ГД при заданном гармоническом составе индукции в ГС, имитирующем несикмзт-рив и несинусоидальность питания;
на базе обобщенной теории дії я алгоритма построения распределения магнитного поля в роторе ГД создать математическую модель (МЫ) магнитного поля в реальном ГД;
составить алгоритм расчета электромеханического преобразования энергии в реальном ГД;
на основе разработанных Ш и алгоритмов создать ПС электромагнитного поверочного расчета реальных ГД различных конструкционных исполнений;
оценить путем сопоставления результатов расчетов и экспериментов адекватность разработанных Ш и ПС.
Методика исследования. В основу работы положены: теория электромагнитного поля, обобщенная теория 3,1, имитационно-рекуррентное моделирование режимов работы ГД в управляемом 33. При численной реализации разработанных Ш на ЗИЛ использованы метода: проводимости зубцовых контуров, конечных элементов, гармонического анализа с применением одномерных и кратных рядов Фурье.
Правильность основных теоретических положений подтверждается корректностью принятых допущений и экспериментальными данными.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложен и обоснован подход к математическому моделирова
нию и расчету 3.!, магнитная система которой обладает нелинейно и
неоднозначно изменяющимися нестабильными параметрами;
разработана Ш магнитного ноля в роторе ГД с учетом висыих гармонических составляющих магнитного поля и вихровій токов в нем;
составлен алгоритм построения распределения магнитного ноля в реальном ГД;
разработана ММ электромеханического преобразования энергии в ГД, работающем в управляемом 31 при несимметричном и несинусо-ядалъном питании.
Практическая ценность работы. Созданы ПС электромагнитного поверочного расчета ГД и анализа электромеханических характеристик ГД при различной степени неоиммотрш и ывоинуоовдальности питания. С помощь» этих ПС спроектированы ГД различных конструкционных исполнений для конкретных условий применения. С использованием созданных Ш и ОС автором выработаны практические рекомендации по совершенствование характеристик материалов ротора и параметров влектропитания ГД.
Положения, выводимые на зашиту;
Ш магнитного поля в роторе и в ГД в целом, электромеханического преобразования энергии в ГД о учетом высших гармонических составляющих магнитного ноля и вихревых токов;
многофункциональная система прикладных программ, давщая возможность расчетным путем исследовать электромагнитные и электромеханические процессы в ГД с учетом несинусоидальности распределения в пространстве и изменения во времзни магнитного поля в ГД я вихревых токов в роторе;
результати анализа электромеханических характеристик ІД в пусковом и рабочих режимах, при регулирования степени возбуждения ГД, при изменении нагрузки, содержания высших гармонических ооо-тавляюцих и степени несимметрии напряжения питания;
практические рекомендации по улучшению характеристик материалов ротора и параметров электропитания ГД.
Реализация результатов работы. Диссертационная работа является составной частые комплекса научно-исследовательских работ (НИР) кафедры энергоснабжения и электрооборудования летательных аппаратов (1ЛЛА) МЭИ из трех госехшжетных ШІ? ДО IZMbGOC. ЮЬСвССЮ, I0459IC) и семи {GIF по хозяйственным договорам с проектно-конст-рукторекпми организациями {Ш с6?/6ъ, \Ш командных прибо—
б -
ров (г.Санкт-Петербург) для разработки ГД гироприборов; в НИИ ва
куумной техники (г.іЬсква) при проектировении ГД для турбомолеку-
лярных насосов, используемых в электронной промышленности и кри
огенной технике; в НЛО "Химгекстилы/ая" (г.Чернигов) и СКВ "Эли-
ос" (г.Винница) при разработке мотор-подаипникоэ для текстильной
и медицинской промышленности. Созданные методики, алгоритмы и ПС
внедрены в НИИ командных приборов и в ЦНИИ "Электроприбор", где
они применяются при проектировании ГД. . .. .
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуздались на Всесоюзной научно-технической конференции "ХШ студенческие Гагаринские чтения" - Москва, 1967 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" - Москва, 1989 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Вентильные электромеханические системы с постоянными магнитами" - Черноголовка, 1989 г.; на научно-технической конференции МЭИ - 1968 г.; на конференциях я школах молодых ученых и специалистов МЭИ - 1987, 1988 г.г., а также на заседаниях кафедры эалА.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 102 наименований, приложения и содержит 175 страниц основного текста, 6 таблиц, 83 рисунка на 62 страницах.
Похожие диссертации на Разработка математической модели и алгоритмов расчета гистерезисного электродвигателя с учетом высших гармонических составляющих магнитного поля и вихревых токов
